[發(fā)明專利]相變薄膜、相變存儲單元及其制備方法及相變存儲器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811626077.4
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109728162B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋志棠;鄭龍;宋三年
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所(普通合伙) 31219
• 代理人: 佟婷婷

本發(fā)明提供一種相變薄膜、相變存儲單元及其制備方法及相變存儲器，相變薄膜包括：至少一層Ge?Sb?Te層；至少一層C層；至少一層界面層，界面層位于相鄰的Ge?Sb?Te層與C層之間并與二者相接觸，界面層的成分包括C摻雜的Ge?Sb?Te。本發(fā)明的界面層，通過誘導(dǎo)部分C原子擴散進入Ge?Sb?Te層納米層并取代Ge?Sb?Te層中的部分的Ge、Sb、Te元素，從而在界面形成有序、穩(wěn)定的C摻雜Ge?Sb?Te結(jié)構(gòu)。此外，體系仍然具有超晶格體系特點，從而可以基于其有效的調(diào)控得到的相變薄膜材料的相變性能，相變薄膜體系可調(diào)控出兩態(tài)或三態(tài)等的存儲特性，本發(fā)明所提供的超晶格結(jié)構(gòu)相變薄膜可應(yīng)用于相變存儲器中，具有結(jié)晶溫度可調(diào)、晶態(tài)電阻以及多態(tài)存儲等特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于相變存儲技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種相變薄膜、相變存儲單元及其制備方法及相變存儲器。

背景技術(shù)

隨著計算機的普及和大數(shù)據(jù)時代的到來，存儲器在半導(dǎo)體市場占據(jù)了重要地位。存儲器的研究一直穩(wěn)步朝著高速、高密度、低功耗、高可靠性的方向發(fā)展。Ge-Sb-Te系材料，如Ge₂Sb₂Te₅，是目前大家公認的研究最多、最為成熟的相變材料，極為符合商用存儲器的需求。

但是，Ge₂Sb₂Te₅等目前仍然有許多問題亟待解決，如熔點過高、結(jié)晶溫度和晶態(tài)電阻較低以及難以實現(xiàn)多態(tài)存儲等，使得其數(shù)據(jù)穩(wěn)定性相對較差、存儲速率較慢、能耗較高，這些問題阻礙了其進一步的產(chǎn)業(yè)化。

因此，如何提供一種相變薄膜、相變存儲單元及其制備方法及相變存儲器以解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題實屬必要。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種相變薄膜、相變存儲單元及其制備方法及相變存儲器，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中相變材料薄膜相變溫度、結(jié)晶溫度、晶態(tài)電阻以及阻態(tài)穩(wěn)定性等不理想以及難以實現(xiàn)多態(tài)存儲等問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種相變薄膜，所述相變薄膜包括：

至少一層Ge-Sb-Te層；

至少一層C層；以及

至少一層界面層，所述界面層位于相鄰的所述Ge-Sb-Te層與所述C層之間并與二者相接觸，且所述界面層的成分包括C摻雜的Ge-Sb-Te。

作為本發(fā)明的一種可選方案，所述相變薄膜包括設(shè)置至少兩層C層以及設(shè)置至少兩層Ge-Sb-Te層中的至少一種，且所述C層與所述Ge-Sb-Te層交替排布。

作為本發(fā)明的一種可選方案，所述C摻雜的Ge-Sb-Te中包括C-Ge鍵、C-Sb鍵以及C-Te鍵；所述Ge-Sb-Te層包括Ge₂Sb₂Te₅層；所述相變薄膜在電脈沖作用下存在至少兩個穩(wěn)定的電阻態(tài)。

作為本發(fā)明的一種可選方案，所述界面層相對于所述Ge-Sb-Te層的相對厚度基于所述Ge-Sb-Te層和與所述Ge-Sb-Te層相接觸的所述界面層的厚度和與所述C層的厚度的比設(shè)置。

作為本發(fā)明的一種可選方案，所述C層的厚度介于0.2nm-2nm之間，所述Ge-Sb-Te層和與所述Ge-Sb-Te層相接觸的所述界面層的厚度之和介于5nm-15nm之間，所述相變薄膜的厚度小于200nm。

作為本發(fā)明的一種可選方案，所述C層的厚度小于等于1nm，且所述Ge-Sb-Te層和與所述Ge-Sb-Te層相接觸的所述界面層的厚度之和大于等于8nm，所述相變薄膜在電脈沖作用下存在兩個穩(wěn)定的電阻態(tài)；或者，所述C層的厚度小于等于1nm，且所述Ge-Sb-Te層和與所述Ge-Sb-Te層相接觸的所述界面層的厚度之和小于8nm，所述相變薄膜在電脈沖作用下存在三個穩(wěn)定的電阻態(tài)。